|
Собрали библиотеку для оценки воды на экзопланетах
|
|
|
|
Изучая химические процессы, наблюдаемые в горячей мантии Земли, ученые Корнельского университета приступили к созданию библиотеки спектральных характеристик на основе базальта, которые не только помогут выявить состав планет за пределами нашей Солнечной системы, но и могут продемонстрировать наличие воды на этих экзопланетах.
|
|
|
|
"Когда мантия Земли тает, образуются базальты", - сказал Эстебан Газель, профессор инженерных наук. Базальт, серо-черная вулканическая порода, встречающаяся по всей Солнечной системе, является ключевым элементом геологической истории, - сказал он.
|
|
|
|
"Когда марсианская мантия расплавилась, в ней также образовались базальты. Луна в основном состоит из базальта", - сказал он. "Мы тестируем базальтовые материалы здесь, на Земле, чтобы в конечном итоге выяснить состав экзопланет с помощью данных космического телескопа Джеймса Уэбба".
|
|
|
|
Газель и Эмили Ферст, бывшие аспиранты Корнеллского университета, а ныне доценты колледжа Макалестер в Миннесоте, являются авторами книги "Потенциал наблюдения геологического разнообразия по средне-инфракрасным спектрам скалистых экзопланет", которая опубликована 14 ноября в журнале Nature Astronomy.
|
|
|
|
|
|
|
По словам Газеля, понимание того, как минералы записывают процессы, которые привели к образованию этих пород, и их спектроскопические характеристики, является первым шагом в разработке их библиотеки.
|
|
|
|
"Мы знаем, что большинство экзопланет будут образовывать базальты, учитывая, что металличность их звезд-хозяев приведет к образованию минералов мантии (железо-магниевых силикатов), так что, когда они расплавятся, фазовое равновесие (равновесие между двумя состояниями вещества) предсказывает, что образующиеся лавы будут базальтовыми", - сказал Газель. "Это будет распространено не только в нашей солнечной системе, но и по всей галактике".
|
|
|
|
Сначала была измерена излучательная способность — степень, в которой поверхность излучает энергию, с которой сталкивается, — 15 образцов базальта, чтобы получить спектральные характеристики того, что может обнаружить спектрометр среднего инфракрасного диапазона космического телескопа.
|
|
|
|
Когда базальтовые расплавы извергаются на экзопланету и остывают, базальты затвердевают в твердую породу, известную на Земле как лава. Эта порода может взаимодействовать с водой, если она присутствует, в результате чего образуются новые гидратированные минералы, которые легко обнаружить в инфракрасном спектре. Эти измененные минералы могут превратиться в амфибол (водный силикат) или серпентин (другой водный силикат, который выглядит как змеиная кожа).
|
|
|
|
По словам Газеля, изучая небольшие спектральные различия между образцами базальта, ученые теоретически могут определить, была ли когда-то вода на поверхности экзопланеты или в ее недрах.
|
|
|
|
Доказательства наличия воды появляются не сразу, и, прежде чем можно будет использовать этот метод обнаружения, необходима дальнейшая работа. Космическому телескопу Джеймса Уэбба (JWST), расположенному примерно в 1 миллионе миль от Земли, потребовались бы десятки—сотни часов, чтобы сфокусироваться на одной системе, находящейся на расстоянии световых лет, а затем еще больше времени для анализа данных.
|
|
|
|
Исследовательская группа в поисках скалистой экзопланеты для моделирования своих гипотез и рассмотрения 15 различных сигнатур использовала данные со сверхземной экзопланеты LHS 3844b, которая вращается вокруг красного карлика на расстоянии чуть более 48 световых лет.
|
|
|
|
Ишан Мишра, работающий в лаборатории доцента астрономии Никола Льюиса, написал компьютерный код, моделирующий спектральные данные First, чтобы смоделировать, как различные поверхности экзопланет могут выглядеть для JWST.
|
|
|
|
Льюис сказала, что инструменты моделирования были впервые использованы для других целей. "Инструменты программирования Ishan изначально использовались для изучения ледяных спутников Солнечной системы", - сказала она. "Теперь мы, наконец, пытаемся перевести то, что мы узнали о Солнечной системе, на язык экзопланет".
|
|
|
|
"Цель состояла не в том, чтобы конкретно оценить планету LHS 3844b, - сказал Ферст, - а скорее в том, чтобы рассмотреть вероятный диапазон базальтовых скалистых экзопланет, которые могли бы наблюдаться JWST и другими обсерваториями в ближайшие годы".
|
|
|
|
Что касается экзопланет, то, по словам исследователей, исследование скалистых поверхностей в основном ограничивалось единичными данными — поиском свидетельств наличия только одного типа химических веществ — в научной литературе, но по мере того, как наблюдатели используют JWST, это меняется на множество компонентов.
|
|
|
|
По словам геологов, пытаясь выявить признаки, связанные с минералогией и объемным химическим составом — например, сколько кремния, алюминия и магния содержится в породе, — геологи могут немного больше рассказать об условиях, при которых образовалась порода.
|
|
|
|
"На Земле, если у вас есть базальтовые породы, извергающиеся из срединно-океанических хребтов глубоко на дне океана, по сравнению с теми, которые извергаются на океанских островах, таких как Гавайи, - сказал Ферст, - вы заметите некоторые различия в химическом составе. Но даже породы с одинаковым химическим составом могут содержать разные минералы, поэтому обе эти характеристики важны для изучения".
|
|
|
|
Источник
|
